WO2003027668A1 - Verfahren zur verminderung von schäden an heizungsanlagen und vorrichtung zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Verfahren zur verminderung von schäden an heizungsanlagen und vorrichtung zur durchführung des verfahrens Download PDF

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WO2003027668A1
WO2003027668A1 PCT/CH2002/000532 CH0200532W WO03027668A1 WO 2003027668 A1 WO2003027668 A1 WO 2003027668A1 CH 0200532 W CH0200532 W CH 0200532W WO 03027668 A1 WO03027668 A1 WO 03027668A1
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test surface
test
advantageously
voltage
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PCT/CH2002/000532
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Jörg Füllemann
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Swiss E-Technic Ag
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/26—Oils; Viscous liquids; Paints; Inks
    • G01N33/28—Oils, i.e. hydrocarbon liquids
    • G01N33/2817—Oils, i.e. hydrocarbon liquids using a test engine
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    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/12—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using combustion

Definitions

  • Low-sulfur heating oils with a mass fraction of sulfur of 0.05 to 0.001% have recently come onto the market.
  • damage patterns occur on the metal parts in the boiler room and on the oil burner, especially on the flame cup.
  • the damage patterns also occur in condensing heating systems that use the heat of condensation and are equipped with low-temperature burners, so-called blower blue burners.
  • the damage patterns show sharply defined, crater-shaped eroded areas with a finely grained surface and differ significantly from high-temperature corrosion. Such damage patterns can arise within a few weeks of starting up the heating system.
  • the choice of more corrosion-resistant materials has only a limited influence on the damage patterns.
  • the liquid, low-sulfur fuel for example in batches through a neutral location or in the refinery, for its potential erosive effect when burning in heating systems in order to avoid erosion damage in heating systems.
  • the fuel in combustion air is advantageously close to one
  • the test area is foggy and the fuel mist is exposed to an electrical voltage field and ignited.
  • This temperature range is safely between 350 and 600 ° C.
  • a restricted temperature range is between 370 and 550 ° C. The processes that cause the damage pattern occur in this temperature range. Based on further investigations, this temperature range can possibly be restricted even more precisely. It could also be observed that the damage patterns occur more quickly in places that are wetted by the fuel.
  • a test method for testing liquid fuel for its potential erosive effect when burning in heating systems is advantageously characterized by a repeated repetition of a sequence of process steps, the sequence having the following features: atomizing fuel and mixing fuel mist and combustion air,
  • heating oil is advantageously used which has a temperature suitable for starting. As soon as the combustion process develops heat, it is advantageous to switch to cooled heating oil.
  • the cooled heating oil can advantageously be mixed with a flow improver so that it is as cool as possible, e.g. can be used at minus 10 ° C. Thanks to a cooled fuel, the test area is wetted for as long as possible.
  • the above sequence can advantageously be supplemented with a further method step in which existing test areas are cooled. Air is advantageously used for cooling after the fuel supply has been switched off.
  • a metal test surface is advantageously used to check the ion bombardment.
  • This is expediently made of a material suitable for burner construction, e.g. B. Alloy 601.
  • the test area is advantageous in a burner, e.g. used in an evaporator.
  • the test area can be the inner surface of a flame cup. It can also be the surface of an evaporator. In particular, it can also be a surface of a conventional burner.
  • the ignition is advantageously carried out by an ignition spark.
  • the electrodes can be used for the ignition, which are used to establish a
  • the electrodes can be supplied with an alternating voltage or have a constant potential difference.
  • the voltage field can be established between two electrodes while the test surface is grounded. It can also be set up between an electrode and the test area so that the test area forms an electrode. This electrode forming the test surface is advantageously made of flat material.
  • Test procedures are also handled. It is essential that the plasma is exposed to an electrical voltage field.
  • the voltage field is preferably already built up during the creation of the flame. It was found that the longer the post-ignition time is set in a heating system and the ignition spark or the voltage field is maintained at the same time as the flame, the greater is the eroding effect of a fuel which causes damage to neighboring metal parts.
  • An electrical voltage field is therefore advantageously maintained in the test method in a sequence for more than 35 seconds, advantageously until the oil supply is switched off.
  • the electrodes in the test method are or the electrode is advantageously at a distance of less than 50 mm, advantageously at a distance of less than 15 mm, or even at a distance of 3 to 7 mm from the metal test surface or the location of the test surface near which the fuel is ionized.
  • the voltage and the distance between the voltage potentials must be selected reciprocally in such a way that the largest possible volume of the plasma is exposed to the highest possible voltage.
  • the plasma is advantageously exposed to a voltage of 2 times 7500 V and more, preferably at least 2 times 100,000 V, particularly preferably at least 2 times 150,000 Volts.
  • a voltage of 2 times 7500 V and more preferably at least 2 times 100,000 V, particularly preferably at least 2 times 150,000 Volts.
  • a metal surface arranged in the flame area is advantageously sprayed or even wetted with the heating oil. So that the ionization of the fuel occurs as long as possible near the test area, the flame beaker or another test area is advantageously cooled to a temperature below 250 ° C., preferably below 220 ° C., particularly preferably below 200 ° C., before the start of a new sequence. Cooling is preferably carried out by post-venting for a few seconds or minutes.
  • the test area is advantageously arranged axially in the fresh air flow.
  • the test area is advantageously cooled during the entire burning time.
  • the cooling between the sequences below 250 degrees ensures that the next sequence, the test area must go through a temperature range of 350 to 550 or 600 ° C.
  • the choice of the sequence length ensures that the test area reaches 550 to 600 degrees, but the process is not continued unnecessarily long at hotter and therefore less efficient temperatures.
  • a sequence is therefore advantageously chosen to be short so that it lasts less than 15 minutes, advantageously less than 10 minutes, particularly preferably less than 5 minutes. This can increase the amount of erosive time per hour.
  • a heating oil sample can be checked for its eroding effect within a maximum of 30 to 40 operating hours (burning time). It . it can be expected that this operating time can be reduced even further by optimizing the test procedure. Depending on the properties of the sample, the first erosion visible to the naked eye occurs after just a few hours of operation.
  • test area that is still not eroded for 40 hours is usefully archived as proof of the heating oil quality of a batch.
  • a new test area is therefore advantageously arranged in a test device for each batch to be tested.
  • This test area can be provided with a carbon layer beforehand.
  • the combustion can also be influenced in such a way that a carbon layer forms on the test surface.
  • a device which has at least the following comprises: a fuel container for a fuel sample, a fuel pump connected to the fuel container, a nozzle arranged after the fuel pump for spraying fuel, a voltage converter, at least one electrode connected to the voltage converter, a fan for fresh air supply, a controller for controlling the fuel pump, of Voltage converter and the fan, as well as a test surface that can be easily removed from the device and inserted into the device.
  • a furnace or boiler can be completely absent.
  • a temperature sensor for measuring the temperature of the test surface is advantageously present.
  • the test surface is advantageously metallic and preferably provided with a carbon film.
  • test area is advantageously treated with a metal oxide before the test procedure.
  • the test area can also be treated with metal dust, which then oxidizes when fuel is burned.
  • the controller is advantageously designed such that it automatically controls a large number of the sequences described.
  • the voltage converter is advantageously dimensioned such that it generates a voltage of twice more than 7,500 V, preferably twice more than 100,000 V, particularly preferably twice more than 150,000 volts.
  • Conventional voltage converters for heating systems are designed for a voltage of two 7500 volts, a pre-ignition time of 12 seconds and a post-ignition time of approximately 20 seconds.
  • the voltage can also be built up against the earth as a second potential.
  • a constant potential difference between a separate electrode and the grounded or live test surface can be maintained.
  • the test surface can also be energized in relation to the earth.
  • the ion flow can be controlled by means of a voltage difference between the test surface and other parts in the vicinity of the plasma.
  • the electrode is or the electrodes are advantageously arranged at a distance of less than 50 mm, advantageously at a distance of less than 15 mm from a metal test surface.
  • a temperature sensor is advantageously provided, with which the temperature of the test surface can be monitored.
  • the nozzle and the test surface are advantageously arranged in such a way and the nozzle has such a characteristic that it is ensured that the fuel splashes against the test surface arranged in the area of the flame and the fuel wets the test surface and changes into a plasma near the test surface.
  • the metal test surface is advantageously made of stainless steel, eg Alloy 601, DIN 2.4851, which ensures that no high-temperature corrosion occurs. As a result, any damage that occurs can be clearly assigned to the erosion and quality of the fuel tested.
  • antioxidants can be added.
  • Antioxidants like a sulfur content of more than 0.4 to 0.5% m / m, prevent the formation of carboxylic acid.
  • an additive can be added to the heating oil, which ensures that the electrostatic charges remain low during combustion.
  • Such a "static dissipator additive" is, for example, the "Stadis 450" previously used in the flight zone. Whether the dosage of the additives is sufficient is advantageously checked using the test method described.
  • metal oxides used to desulfurize the fuel remain in traces in the fuel and promote erosion. Therefore, to prevent erosion, the metal oxide content in the fuel can be reduced or its aggressiveness can be neutralized by adding antioxidants. It is therefore assumed that the addition quantity of antioxidants can be determined on the basis of a measurement of the metal oxide content of the fuel.
  • Another measure to prevent the described erosion is to ignite the fuel with a glow ignition and thus to keep the electrical voltage in the combustion chamber as low as possible.
  • An advantageous blue burner is therefore equipped with a glow ignition, in particular with a low-voltage glow ignition. This prevents ions in large numbers from being accelerated in a voltage field, hitting the metal and thereby eroding its surface. All of these measures are based on the knowledge that the process causing the damage to be avoided can be influenced in two ways, namely: 1. by reducing an electrical voltage in the combustion chamber, and 2. by reducing the formation of carboxylic acid. If only one of the factors mentioned is missing, the risk of damage has already been significantly reduced. How and why the fuel properties, which can be different in each batch, are involved in the damaging process is not yet clear.
  • FIG. 1 is a partially sectioned side view of a burner for a testing device according to the invention
  • Fig. 5 is a schematic representation of a test device.
  • the burner 11 according to FIG. 1 has a fuel pump 13 with which the
  • Fuel is pumped from a container, not shown, to the fuel nozzle 15.
  • the fuel nozzle 15 is approximately in the plane with its nozzle opening
  • Baffle plate 17 arranged. There is a central opening in the baffle plate 17 through which the fuel can be injected into an evaporator 19.
  • the evaporator 19 is arranged in a flame tube 21.
  • the burner 11 also has a fan 23. With the fan 23 fresh air can be brought to the baffle plate 17 at a certain pressure. The fresh air subsequently enters the interior of the evaporator 19, where it mixes with evaporated fuel and with recirculated combustion gases. Temperature sensors for monitoring the temperature of the fuel and the test area are not shown. A combustion chamber in which the flame burns is not shown.
  • Two ignition electrodes 25 can be seen near the carburetor wall. These are connected to a voltage converter, not shown, which supplies the electrodes with an alternating potential difference of twice 7500 volts.
  • the evaporator 19 is shown in FIGS. 2 to 4. It has an evaporator tube 31 and a flame divider 33. The flame divider 33 is attached to the evaporator tube with three legs 35. The attachment is done via sheet metal tabs 37 which are formed on the legs 35 and in slots on
  • Insert evaporator tube 31 This inserted sheet metal tab 37 can be rotated by 20 to 30 ° and are thereby mechanically firmly connected to the evaporator tube 31. Likewise, the evaporator tube 31 is fastened to the baffle plate 39 by means of three sheet metal tabs 37 which are inserted and twisted in slots. As a result, the evaporator tube 31 can be inserted very easily into the baffle plate 39 and can be removed again from the baffle plate 39.
  • Exhaust gas recirculation openings 41 are provided in the evaporator tube.
  • the space enclosed by the evaporator tube serves to mix fuel vapor, fresh air and recirculated, low-oxygen combustion gases.
  • the fuel injected into this space through the nozzle 15 gasifies in this space and then burns with a blue flame at a relatively low temperature and low in pollutants.
  • baffle plate 39 For the ignition of the fuel there are two electrodes 25 which are passed through the baffle plate 39. In the baffle plate 39 there is also an opening 43 for a temperature sensor.
  • FIG. 5 schematically shows an advantageous device for testing liquid fuel, in particular heating oil, for its potential erosive effect when burned in a heating system.
  • This has a fuel tank 45 for a fuel sample, a fuel pump 13 connected to the fuel tank 45 and two nozzles 15, 16 arranged after the fuel pump 13.
  • the first nozzle 15 has a cone characteristic with a usual angle for spraying fuel.
  • the second nozzle 16 injects fuel specifically onto the test surface 31. For this purpose, it has a characteristic with an acute cone angle of a few degrees.
  • a fan 23 for a fresh air supply and a control 51 for controlling the fuel pump 13, the voltage converter 47 and the fan 23 complete the test apparatus.
  • a replaceable, metallic test surface 31 is arranged in the area of the flame in the device for testing liquid fuel. This is grounded. With a temperature sensor 49 the oil temperature can be monitored. The temperature of the test surface 31 can be monitored with an infrared sensor 50.
  • a combustion chamber is provided for the flame within a combustion chamber wall 53, the design of which is of secondary importance. So that
  • a flame tube 55 is present when the flame burns quietly.
  • the fresh air is blown against a baffle plate 57 by the blower 23.
  • This has a central air opening, in which the first nozzle is arranged such that there is an annular opening around the first nozzle 15.
  • the test surface 31 is arranged axially in the flow direction of the air.
  • An electrode 25 is arranged in the vicinity and in front of the test area 31 and can be provided with, for example, 120,000 volt direct or alternating voltage from the current converter 47.
  • the second nozzle 16 is directed onto the test surface 31, specifically in such a way that the fuel injected through the second nozzle hits the test surface 31 approximately centrally and wets it.
  • this point of the test surface 31 is cooled by the air flow and the wetting fuel. It lies in the immediate vicinity of or in the area of the plasma which is strongly exposed to the tension field. This point is also monitored by the infrared sensor.
  • the controller 51 can control the fan 23, the oil pump 13, possibly a valve (not shown) for regulating the nozzles 15, 16 and the current transformer 47 on a regular basis. However, it can also control them based on measurement values.
  • the temperature of the test surface 31 is particularly suitable as the measured value.
  • the test procedure sequence can thus be started as soon as the temperature sensor of the test surface measures, for example, 250, 300, 350 or 380 degrees. The sequence can be ended when the test area measures 550, 600 or 650 degrees.
  • the fuel can also be applied to a test area that is electrically preheated.
  • the test area can consist of an alloy strip which is connected to a power source and is thus directly heated or indirectly heated with a heating coil.
  • the fuel can be poured onto the test surface, dripped on or sprayed on.
  • the fuel evaporates or evaporates thanks to the Thermal energy supply to the test area. This allows the test surface to be repeatedly run through a desired temperature profile in a controlled manner.
  • a fuel sample is tested with a burner 11 shown in the figures.
  • the fuel is sprayed into the carburetor tube 31 with the nozzle 15.
  • the fuel is gasified in the carburettor tube thanks to the residual heat or the energy supplied with the electrodes and ignited at the ignition spark.
  • the plasma is exposed to an electrical voltage field of twice 7500 volts AC. Thanks to the low sulfur content, the presence of the oxygen-rich fresh air blown in with the blower and the electrical voltage field, the combustion conditions are such that eroded spots are created very quickly on the carburetor tube 31.
  • test phase 15-minute cycles are selected to ensure that the test series can be reproduced.
  • the test is carried out with the burner according to FIGS. 1 to 4. It will ignite for about 15 seconds.
  • the heating oil to be tested is then injected while the fresh air supply is running. It wets the inner surface of the carburetor tube. It ignites immediately at the spark. The resulting plasma is exposed to the electrical voltage field between the electrodes during the entire burning period. The flame is maintained for 5 minutes and one
  • test time can be shortened with shorter cycles of 3 minutes burning time and 6 minutes post-venting time. This is on it attributable to the fact that erosion occurs more strongly in the cooler starting phase as long as the fuel still reaches the test area in liquid form.
  • the test time can also be shortened by taking suitable measures to shorten the post-venting time.
  • a preferred sequence has a 2 minute burn time followed by 3 minutes of post-venting.
  • the pre-ignition time overlaps the post-venting time and is short, for example 2 seconds.
  • the fuel pump then continues for 2 minutes, during which the grounded test area is sprayed. During the entire period of oil supply, a voltage of approximately 150,000 volts is applied to the single electrode. The erosion of the fuel can be assessed in this test system after approx. 3 days of the test period.

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Abstract

Durch gezielte Ionisation eines aus einem zu prüfenden Brennstoff gebildeten Sprühnebels und Plasmas in der Nähe einer Metallfläche kann innerhalb kurzer Zeit festgestellt werden, ob eine Brennstoff-Charge mit einem niedrigen Massenanteil an Schwefel bei der Verbrennung in einer Heizungsanlage eine erosive Wirkung entfaltet.

Description

Verfahren zur Verminderung von Schäden an Heizungsanlagen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
In jüngster Zeit sind schwefelarme Heizöle auf den Markt gekommen, die einen Massenanteil an Schwefel von 0,05 bis 0,001% aufweisen. Bei der Verwendung solcher schwefelarmer Heizöle treten bisher unbekannte Schadensbilder an den Metallteilen im Kesselraum und am Ölbrenner, insbesondere am Flammbecher auf. Die Schadensbilder treten auch in Brennwert-Heizanlagen auf, die die Kondensationswärme nutzen und mit Niedertemperatur-Brennern, sog. Gebläse- Blaubrennern ausgerüstet sind. Die Schadensbilder zeigen scharf urmϊssene, kraterförmig erodierte Stellen mit einer fein gekörnten Oberfläche und unterscheiden sich deutlich von einer Hochtemperaturkorrosion. Derartige Schadensbilder können bereits innerhalb weniger Wochen nach Inbetriebnahme der Heizungsanlage entstehen. Die Wahl von korrosionsbeständigeren Materialien hat nur bedingt Einfluss auf die Schadensbilder.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung Mittel und Wege zu finden, die neuartigen Schadensbilder an Heizungsanlagen bei der Verwendung von Heizöl mit einem Schwefelgehalte von 0,05 und weniger zu verhindern oder zu vermindern.
In einer Versuchsreihe mit sieben Brennstoff marken unterschiedlicher Herkunf konnte festgestellt werden, dass die Herkunft des Brennstoffs entscheidenden Einfluss hat auf seine erosive Wirkung. Heizöle mit identischem Schwefelgehalt, jedoch unterschiedlicher Herkunft zeigten unterschiedliche Erosivität. Vergleiche der chemischen und physikalischen Analysen der unterschiedlichen Brennstoffe ergaben bisher keine schlüssigen Resultate über die Ursache der unterschiedlichen Erosivität. Es wird vermutet, dass der Raffinerieprozess oder die Ölquelle die Heizölqualität derart beeinflusst, dass eine Erosion auftritt oder nicht auftritt.
Erfindungsgemäss wird daher vorgeschlagen, zur Vermeidung der Erosionsschäden in Heizungsanlagen den flüssigen, schwefelarmen Brennstoff, z.B. chargenweise durch eine neutrale Stelle oder in der Raffinerie, auf seine potentielle erosive Wirkung beim Verbrennen in Heizungsanlagen zu prüfen. Zur Prüfung des Brennstoffes wird vorteilhaft der Brennstoff in Verbrennungsluft nahe einer Prüffläche vernebelt und der Brennstoffnebel einem elektrischen Spannungsfeld ausgesetzt und entflammt.
Weshalb dabei an metallischen Prüfflächen eine von blossem Auge sichtbare Erosion bereits nach kurzer Zeit auftritt, ist im Detail nicht bekannt. Es kann dies jedoch folgendermassen erklärt werden: Bekanntlich entsteht bei der Verbrennung von schwefelarmem Heizöl in der Dampf/ Flüssigphase und bei Anwesenheit von Sauerstoff Carbonsäure. Es wird vermutet, dass diese Carbonsäure die Metalloxidschicht (überwiegend Eisenoxid), die das Metall schützt, angreift und zerstört und an diesen Stellen ohne Metalloxidschicht das blanke Metall erodiert wird. Es wird weiter angenommen, dass bei der Zündung solch erosiven Heizöls in Gegenwart des elektrischen Spannungsfeldes des Zündfunkens Ionen des Plasmas, gleich, anschliessend an deren Entstehung, gegen die Metallfläche schiessen und bei ihrem Aufprall diese erodieren.
Es konnte festgestellt werden, dass bei einer mit einer Kohlenschicht versehenen Prüffläche Schadensbilder rascher auftreten als bei blanken Prüfflächen. Scheinbar wird die Bildung von Carbonsäure durch die Anwesenheit einer Kohlenschicht auf der metallischen Oberfläche begünstigt. Die Kohlenschicht braucht dabei lediglich einige μ stark zu sein. Eine ausreichende Scliichtstärke wird auf 10 bis 15 μ geschätzt.
Es konnte ferner festgestellt werden, dass das Durchfahren eines Temperaturbereiches notwendig ist. Dieser Temperaturbereich liegt sicher zwischen 350 und 600 °C. Ein eingeschränkter Temperaturbereich liegt zwischen 370 und 550 °C. In diesem Temperaturbereich treten die Prozesse auf, die das Schadensbild verursachen. Aufgrund von weiteren Untersuchungen ist dieser Temperaturbereich möglicherweise noch präziser einschränkbar. Es konnte weiter beobachtet werden, dass die Schadensbilder beschleunigt an Stellen auftreten, die durch den Brennstoff benetzt werden.
Ein Prüfungsverfahren zur Prüfung von flüssigem Brennstoff auf dessen potentielle erosive Wirkung beim Verbrennen in Heizungsanlagen zeichnet sich vorteilhaft durch eine mehrfache Wiederholung einer Sequenz von Verfahrensschritten aus, welche Sequenz folgende Merkmale aufweist: - Vernebeln von Brennstoff und vermischen von Brennstoffnebel und Verbrennungsluft,
- ein elektrisches Spannungsfeld errichten und den Brennstoffnebel dem Spannungsfeld aussetzen. - Zünden des versprühten Brennstoffes, so dass ein Plasma entsteht,
- Aufrechterhalten des elektrischen Spannungsfelds und das Plasma dem elektrischen Spannungsfeld aussetzen,
- Abstellen der Brennstoffzufuhr.
Dabei wird vorteilhaft beim Starten des Prüfverfahrens Heizöl verwendet, das eine zum Starten geeignete Temperatur aufweist. Sobald der Verbrennungsprozess Hitze entwickelt, wird vorteilhaft auf gekühltes Heizöl umgestellt. Das gekühlte Heizöl kann vorteilhaft mit einem Fliessverbesserer versetzt sein, damit es möglichst kühl, z.B. bei minus 10 °C verwendet werden kann. Dank einem gekühlten Brennstoff wird die Prüffläche möglichst lange benetzt.
Obige Sequenz kann vorteilhaft mit einem weiteren Verfahrensschritt ergänzt werden, in welchem vorhandene Prüfflächen gekühlt werden. Zum Kühlen nach Abstellen der Brennstoff zufuhr wird vorteilhaft Luft verwendet.
Zur Überprüfung des lonenbeschusses wird vorteilhaft eine metallene Prüffläche verwendet. Diese ist zweckmässigerweise aus einem für den Brennerbau geeigneten Material, z. B. Alloy 601, gefertigt. Die Prüffläche ist vorteilhaft in einen Brenner, z.B. in einen Verdampfer eingesetzt. Die Prüffläche kann die innere Oberfläche eines Flammbechers sein. Sie kann auch die Oberfläche eines Verdampfers sein. Sie kann insbesondere auch eine Oberfläche eines herkömmlichen Brenners sein.
Die Zündung erfolgt vorteilhaft durch einen Zündfunken. Dadurch können für die Zündung die Elektroden verwendet werden, die zur Errichtung eines
Spannungsfelds ohnehin benötigt werden, und das Spannungsfeld ist in diesem Fall mit Sicherheit schon vorhanden, wenn das Plasma entsteht. Die Elektroden können mit einer Wechselspannung versorgt sein, oder eine konstante Potentialdifferenz aufweisen. Das Spannungsfeld kann zwischen zwei Elektroden aufgebaut werden, während die Prüf fläche geerdet ist. Es kann auch zwischen einer Elektrode und der Prüffläche aufgebaut werden, so dass die Prüffläche eine Elektrode bildet. Diese die Prüffläche bildende Elektrode ist vorteilhaft aus Flachmaterial gefertigt.
In einer Heizanlage erfolgt eine Ölzufuhr vorschriftsmässig erst nach einer Vorzündzeit von 10 bis 15 Sekunden. Dies kann beim erfindungsgemässen
Prüfverfahren ebenso gehandhabt werden. Wesentlich ist, dass das Plasma einem elektrischen Spannungsfeld ausgesetzt sind. Vorzugsweise ist das Spannungsfeld während dem Entstehen der Flamme bereits aufgebaut. Es wurde gefunden, dass je länger in einer Heizanlage die Nachzündzeit eingestellt ist und der Zündfunken bzw. das Spannungsfeld gleichzeitig mit der Flamme aufrechterhalten bleibt, desto grösser ist die erodierende Wirkung eines Schadenbilder hervorrufenden Brennstoffes an benachbarten Metallteilen. Vorteilhaft wird daher beim Prüfverfahren in einer Sequenz während mehr als 35 sec, vorteilhaft bis zum Abstellen der Ölzufuhr, ein elektrisches Spannungsfeld aufrechterhalten.
Da die Erosion nahe der Elektrode oder Elektroden grösser ist als an entfernteren Stellen, sind beim Prüfverfahren die Elektroden oder ist die Elektrode vorteilhaft in einem Abstand von weniger als 50 mm, vorteilhaft in einem Abstand von weniger als 15 mm, oder gar in eine Abstand von 3 bis 7 mm von der metallenen Prüf fläche, bzw. der Stelle der Prüffläche, nahe der die Ionisation des Brennstoffes geschieht. Die Spannung und der Abstand zwischen den Spannungspotentialen sind einander reziprok entsprechend derart zu wählen, dass ein möglichst grosses Volumen des Plasmas einer möglichst hohen Spannung ausgesetzt ist.
Je höher die Spannung des Spannungsfeldes ist, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit, dass der Schadenbilder hervorrufende Brennstoff ein solches Schadenbild hervorruft. Daher wird das Plasma vorteilhaft einer Spannung von 2 mal 7500 V und mehr, vorzugsweise von wenigstens 2 mal lO'OOO V, besonders bevorzugt von wenigstens 2 mal 15O00 Volt ausgesetzt. Es konnte jedoch festgestellt werden, dass einzelne Brennstoffe schon bei Spannungen von 200 V oder 230 V Schadenbilder hervorrufen.
Es konnte an Heizungsanlagen für schwefelarmes Heizöl extra leicht (Schwefelgehalt < 0.5 ppm) beobachtet werden, dass im Sprühschatten der Zündelektroden weniger Schadensbilder auftreten. Daher wird beim Prüfverfahren vorteilhaft eine im Flammenbereich angeordnete Metallfläche mit dem Heizöl besprüht oder gar benetzt. Damit die Ionisation des Brennstoffes möglichst lange nahe der Prüffläche eintritt, wird der Flammbecher oder eine andere Prüffläche vor dem Beginn einer neuen Sequenz vorteilhaft auf eine Temperatur unter 250°C, vorzugsweise unter 220°C, besonders bevorzugt unter 200°C abgekühlt. Eine Kühlung geschieht vorzugsweise durch Nachlüften während einigen Sekunden oder Minuten. Die Prüffläche ist zwecks Kühlung vorteilhaft axial im Frischluftstrom angeordnet. Vorteilhaft wird die Prüffläche während der gesamten Brenndauer gekühlt. Durch die Abkühlung zwischen den Sequenzen unter 250 Grad wird erreicht, dass bei der nächsten Sequenz die Prüffläche einen Temperaturbereich von 350 bis 550 oder 600 °C durchlaufen muss. Durch die Wahl der Sequenzlänge wird erreicht, dass die Prüffläche 550 bis 600 Grad erreicht, jedoch der Prozess nicht unnötig lange bei heisseren und daher weniger effizienten Temperaturen weitergeführt wird.
Je kürzer die Verbrennungsphase einer Sequenz dauert, desto weniger erhitzt sich die Umgebung der Flamme. Je länger das Prüfverfahren bei niedriger Temperatur des Flammbechers oder einer anderen Prüffläche abläuft, desto grösser ist der Zeitanteil, während dem die erodierende Metallfläche benetzt wird und die Bedingungen für die erodierende Wirkung des Brennstoffes optimal sind. Daher wird vorteilhaft eine Sequenz kurz gewählt, so dass sie weniger als 15 Minuten dauert, vorteilhaft weniger als 10 Minuten, besonders bevorzugt weniger als 5 Minuten. Dadurch kann der erosionswirksame Zeitanteil pro Stunde erhöht werden.
Mit einem solchen Verfahren kann eine Heizöl-Probe innerhalb von höchstens 30 bis 40 Betriebsstunden (Brenndauer) auf ihre erodierende Wirkung überprüft werden. Es. ist zu erwarten, dass durch eine Optimierung des Prüfverfahrens diese Betriebszeit noch weiter verkürzt werden kann. Je nach Eigenschaften der Probe tritt eine erste von blossem Auge sichtbare Erosion bereits nach wenigen Betriebsstunden auf.
Eine erodierte oder nach z.B. 40 Stunden noch immer nicht erodierte Prüffläche wird zweckmässigerweise als Beleg der Heizölqualität einer Charge archiviert. Für jede zu prüfende Charge wird daher vorteilhaft eine neue Prüffläche in einer Prüfvorrichtung angeordnet. Diese Prüffläche kann vorgängig mit einer Kohlenschicht versehen werden. Es kann aber auch beim Starten des Prozesses die Verbrennung derart beeinflusst werden, dass sich eine Kohlenschicht auf der Prüffläche bildet.
Zur Prüfung von Heizöl oder anderen flüssigen Brennstoffen auf deren potentielle erosive Wirkung beim Verbrennen in Heizungsanlagen, insbesondere in Brennwert- Heizungsanlagen, d.h. bei Heizanlagen, in denen bei der Verbrennung entstehender Wasserdampf an der Kesselwandung kondensiert, wird erf indungsgemäss eine Vorrichtung verwendet, welche wenigstens folgendes aufweist: Einen Brennstoffbehälter für eine Brennstoffprobe, eine an den Brennstoffbehälter angeschlossenen Brennstoffpumpe, eine nach der Brennstoffpumpe angeordnete Düse zum Versprühen von Brennstoff, einen Spannungswandler, wenigstens eine mit dem Spannungswandler verbundene Elektrode, einen Ventilator für eine Frischluftzufuhr, eine Steuerung zur Steuerung der Brennstoffpumpe, des Spannungswandlers und des Ventilators, sowie eine einfach aus der Vorrichtung entfernbare und in die Vorrichtung einsetzbare Prüffläche. Bei einer solchen Vorrichtung kann ein Feuerungsraum oder Kessel gänzlich fehlen. Vorteilhaft ist jedoch ein Temperaturfühler zum Messen der Temperatur der Prüffläche vorhanden. Vorteilhaft ist ferner die Prüffläche metallisch und bevorzugt mit einem Kohlenstofffilm versehen.
Es wurde gefunden, dass eine Erosion der Prüffläche an Stellen, die Spuren von Filzstiften aufwiesen oder an Prüfflächen, die mit Werkzeugen aus Buntmetall bearbeitet wurden rascher auftrat. Es wird daraus geschlossen, dass Metalloxide, insbesondere Oxide von Nicht-Eisen-Metallen, an der Oberfläche der Prüffläche die Erosion begünstigen. Daher wird die Prüffläche vor dem Prüfverfahren vorteilhaft mit einem Metalloxid behandelt. Die Prüffläche kann auch mit Metallstaub behandelt werden, der dann bei der Verbrennung von Brennstoff oxidiert.
Die Steuerung ist vorteilhaft derart ausgelegt, dass sie eine Vielzahl der beschriebenen Sequenzen automatisch steuert.
Der Spannungs wandler ist dabei vorteilhaft derart dimensioniert, dass er eine Spannung von zweimal mehr als 7'500 V, vorzugsweise zweimal mehr als lO'OOO V, besonders bevorzugt von zweimal mehr als 15O00 Volt generiert. Herkömmliche Spannungswandler für Heizungsanlagen sind auf eine Spannung von zweimal 7500 Volt, eine Vorzündzeit von 12 sec. und eine Nachzündzeit von ca. 20 sec. ausgelegt. Für eine Prüfvorrichtung ist er jedoch vorteilhaft derart ausgelegt, dass er die Spannung über einen Zeitraum von mehr als 35 sec, vorzugsweise mehr als einer Minute, besonders bevorzugt praktisch unbegrenzt aufrecht erhalten kann. Die Spannung kann auch gegenüber der Erde als zweitem Potential aufgebaut werden. Es kann auch, allenfalls zusätzlich zur Spannung zwischen den Elektroden, eine konstante Potenzialdifferenz zwischen einer separaten Elektrode und der geerdeten oder unter Spannung gesetzten Prüffläche aufrecht erhalten werden. Es kann auch die Prüffläche gegenüber der Erde unter Spannung gesetzt werden. Durch eine dadurch erreichte Spannungsdifferenz zwischen der Prüffläche und anderen Teilen in der Umgebung des Plasmas kann der Ionenfluss gesteuert werden.
Die Elektrode ist, bzw. die Elektroden sind vorteilhaft in einem Abstand von weniger als 50 mm, vorteilhaft in einem Abstand von weniger als 15 mm von einer metallenen Prüffläche angeordnet. Vorteilhaft ist ein Temperaturfühler vorhanden, mit dem die Temperatur der Prüffläche überwacht werden kann. Die Düse und die Prüffläche sind vorteilhaft so angeordnet und die Düse weist eine derartige Charakteristik auf, dass gewährleistet ist, dass der Brennstoff gegen die im Bereich der Flamme angeordnete Prüffläche spritzt und der Brennstoff die Prüffläche benetzt und nahe der Prüffläche in ein Plasma übergeht. Es kann eine erste Düse für eine die Flamme aufrechterhaltende Brennstoffzufuhr zur Flamme und eine zweite Düse zur Besprühung oder Benetzung der Prüffläche vorhanden sein. Die metallene Prüffläche ist vorteilhaft aus einem Edelstahl gefertigt, z.B. Alloy 601, DIN 2.4851, der gewährleistet, dass keine Hochtemperaturkorrosion auftritt. Dadurch ist ein auftretendes Schadensbild eindeutig der Erosion und der Qualität des geprüften Brennstoffs zuzuordnen.
Zur Vermeidung des Schadens kann nicht nur die Erosivität des Brennstoffs überprüft werden. Es können dem Brennstoff bei Bedarf, d.h. bei zu hoher Erosivität einer Charge, Antioxidantien beigemischt werden. Antioxidatien verhindern, wie auch ein Schwefel gehalt von über 0,4 bis 0,5%m/m, die Bildung von Carbonsäure. Ferner kann dem Heizöl ein Additiv zugesetzt werden, das gewährleistet, dass die elektrostatischen Ladungen bei der Verbrennung gering bleiben. Ein solches "Static Dissipator Additive" ist beispielsweise das bisher in Flugbezin verwendete "Stadis 450". Ob die Dosierung der Additive ausreicht wird vorteilhaft mittels des beschriebenen Prüfverfahrens überprüft.
Es wird auf Grund der Feststellung der erhöhten Erosivität des Brennstoffes bei Anwesenheit von Metalloxiden auch vermutet, dass zur Entschwefelung des Brennstoffes eingesetzte Metalloxide in Spuren im Brennstoff verbleiben und eine Erosion begünstigen. Daher kann zur Verhinderung der Erosion der Metalloxidgehalt der im Brennstoff reduziert oder deren Aggressivität durch eine Zugabe von Antioxidantien neutralisiert werden. Es wird daher angenommen, dass die Bemessung der Zugabemenge von Antioxidantien aufgrund einer Messung des Metalloxidgehalts des Brennstoffes vorgenommen werden kann.
Eine weitere Massnah e zur Verhinderung der beschriebenen Erosion besteht darin, den Brennstoff mit einer Glühzündung zu entzünden und so die elektrische Spannung im Brennraum möglichst gering zu halten. Ein vorteilhafter Blaubrenner ist daher mit einer Glühzündung, insbesondere mit einer Niedervolt-Glühzündung ausgerüstet. Dadurch wird verhindert, dass Ionen in grösser Zahl in einem Spannungsfeld beschleunigt werden, auf das Metall aufprallen und dadurch dessen Oberfläche erodieren. Alle diese Massnah en basieren auf der Erkenntnis, dass auf den die zu vermeidenden Schadensbilder verursachenden Prozess in zweierlei Hinsicht Einfluss genommen werden kann, nämlich: 1. durch Verminderung einer elektrischen Spannung im Verbrennungsraum, und 2. durch die Verminderung der Bildung von Carbonsäure. Fehlt lediglich einer der genannten Faktoren, so ist das Schadensrisiko bereits wesentlich vermindert. Wie und weshalb die Brennstoffeigenschaften, die in jeder Charge wieder anders sein können, bei dem schadenden Prozess beteiligt sind, ist noch nicht erkennbar.
Kurzbeschreibung der Figuren:
Es zeigt:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Brenners für eine erfindungsgemässe Prüfvorrichtung,
Fig. 2 Seitenansicht des Brennerkopfes,
Fig. 3 Frontalansicht des Brennerkopfes,
Fig. 4. eine geschnittenen Darstellung des Brennerkopfes,
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Prüfvorrichtung.
Der Brenner 11 ge äss Figur 1 weist eine Brennstoffpumpe 13 auf, mit der der
Brennstoff aus einem nicht dargestellten Behälter der Brennstoffdüse 15 zugepumpt wird. Die Brennstoffdüse 15 ist mit ihrer Düsenöffnung etwa in der Ebene einer
Stauscheibe 17 angeordnet. In der Stauscheibe 17 ist eine zentrale Öffnung vorhanden, durch die der Brennstoff in einen Verdampfer 19 gespritzt werden kann.
Der Verdampfer 19 ist in einem Flammrohr 21 angeordnet.
Der Brenner 11 weist zudem einen Ventilator 23 auf. Mit dem Ventilator 23 kann Frischluft mit einem bestimmten Druck an die Stauscheibe 17 herangeführt werden. Die Frischluft tritt in der Folge in den Innenraum des Verdampfers 19 ein, wo sie sich mit verdampftem Brennstoff und mit rezirkulierten Verbrennungsgasen vermischt. Nicht dargestellt sind Temperaturfühler zur Überwachung der Temperatur des Brennstoffes und der Prüffläche. Nicht dargestellt ist ein Verbrennungsraum, in welchem die Flamme brennt.
Erkennbar sind zwei Zündelektroden 25 nahe der Vergaserwandung. Diese sind an einen nicht dargestellten Spannungswandler angeschlossen, der die Elektroden mit einer alternierenden Potentialdifferenz von zweimal 7500 Volt versorgt. Der Verdampfer 19 ist in den Figuren 2 bis 4 dargestellt. Er weist ein Verdampferrohr 31 und einen Flammenteiler 33 auf. Der Flammenteiler 33 ist mit drei Beinen 35 am Verdampferrohr befestigt. Die Befestigung geschieht über Blechlappen 37, die an den Beinen 35 ausgeformt sind und in Schlitzen am
Verdampferrohr 31 stecken. Diese eingesteckten Blechlappen 37 können um 20 bis 30° verdreht werden und sind dadurch mit dem Verdampferrohr 31 mechanisch fest verbunden. Ebenso ist das Verdampferrohr 31 an der Stauscheibe 39 mittels drei in Schlitzen steckenden und verdrehten Blechlappen 37 befestigt. Dadurch ist das Verdampferrohr 31 sehr einfach in die Stauscheibe 39 einsetzbar und wieder von der Stauscheibe 39 entfernbar.
Im Verdampferrohr sind Abgasrezirkulationsöffnungen 41 vorhanden. Der vom Verdampferrrohr umschlossene Raum dient der Durchmischung von Brennstoff dampf, Frischluft und rezirkulierten, sauerstoffarmen Verbrennungsgasen. Der durch die Düse 15 in diesen Raum eingespritze Brennstoff vergast in diesem Raum und brennt danach mit einer blauen Flamme mit relativ niedriger Temperatur und schadstoffarm.
Für die Zündung des Brennstoffes sind zwei Elektroden 25 vorhanden, die durch die Stauscheibe 39 hindurchgeführt sind. In der Stauscheibe 39 ist zudem eine Öffnung 43 für einen Temperaturfühler vorhanden.
In der Figur 5 ist schematisch eine vorteilhafte Vorrichtung zur Prüfung von flüssigem Brennstoff, insbesondere Heizöl auf dessen potentielle erosive Wirkung beim Verbrennen in einer Heizungsanlage dargestellt. Diese weist einen Brennstoffbehälter 45 für eine Brennstoffprobe, eine an den Brennstoffbehälter 45 angeschlossene Brennstoffpumpe 13 und zwei nach der Brennstoffpumpe 13 angeordnete Düsen 15, 16 auf. Die erste Düse 15 weist eine Kegelcharakteristik mit einem üblichen Winkel zum Versprühen von Brennstoff auf. Die zweite Düse 16 spritzt Brennstoff gezielt auf die Prüffläche 31. Sie weist dazu eine Charakteristik mit einem spitzen Kegelwinkel von wenigen Graden auf. Ferner ist ein Spannungswandler 47 und eine mit dem Spannungswandler 47 verbundene Elektrode 25 vorhanden. Ein Ventilator 23 für eine Frischluftzufuhr und eine Steuerung 51 zur Steuerung der Brennstoffpumpe 13, des Spannungswandlers 47 und des Ventilators 23 komplettieren den Prüfapparat. Weiter ist in der Vorrichtung zum Prüfen von flüssigem Brennstoff eine ersetzbare, metallene Prüffläche 31 im Bereich der Flamme angeordnet. Diese ist geerdet. Mit einem Temperaturfühler 49 kann die Öltemperatur überwacht werden. Mit einem Infrarotfühler 50 kann die Temperatur der Prüffläche 31 überwacht werden.
Für die Flamme ist ein Brennraum innerhalb einer Brennraumwandung 53 vorhanden, dessen Ausgestaltung von untergeordneter Bedeutung ist. Damit die
Flamme ruhig brennt, ist ein Flammrohr 55 vorhanden. Die Frischluft wird durch das Gebläse 23 gegen eine Stauscheibe 57 geblasen. Diese besitzt zentral eine Luftöffnung, in der die erste Düse derart angeordnet ist, dass rings um die erste Düse 15 eine Ringöffnung vorliegt. Axial in der Strömungsrichtung der Luft ist die Prüffläche 31 angeordnet. In der Nähe und vor der Prüffläche 31 ist eine Elektrode 25 angeordnet, die mit beispielsweise 12O00 Volt Gleich- oder Wechselspannung aus dem Strom Wandler 47 versehen werden kann. Die zweite Düse 16 ist auf die Prüffläche 31 gerichtet, und zwar so, dass der durch die zweite Düse eingespritzte Brennstoff etwa zentral auf die Prüffläche 31 auftrifft und diese benetzt. Somit ist diese Stelle der Prüf fläche 31 durch den Luftstrom und den benetzenden Brennstoff gekühlt. Sie liegt in unmittelbarer Nähe zum bzw. im dem Spannungsfeld stark ausgesetzten Bereich des Plasmas. Diese Stelle wird auch durch den Infrarotfühler überwacht.
Die Steuerung 51 kann nach einem Zeitgeber regelmässig den Ventilator 23, die Ölpumpe 13, eventuell ein nicht dargestelltes Ventil zur Regelung der Düsen 15,16 und den Stromwandler 47 ansteuern. Sie kann diese aber auch aufgrund von Messewerten ansteuern. Als Messwert kommt insbesondere die Temperatur der Prüffläche 31 in Frage. So kann die Prüfverfahrens-Sequenz gestartet werden, sobald der Temperaturfühler der Prüffläche beispielsweise 250, 300, 350 oder 380 Grad misst. Die Sequenz kann beendet werden, wenn die Prüffläche 550, 600 oder 650 Grad misst.
Wesentlich an der Prüfungsvorrichtung ist ihre konstant gleichbleibende Ausbildung, die eine Vergleichbarkeit der Resultate gewährleistet.
In einer Prüfungsvorrichtung kann auch der Brennstoff auf eine Prüffläche aufgebracht werden, die elektrisch vorgewärmt ist. Dazu kann die Prüffläche aus einem Alloy-Streifen bestehen, der an eine Stromquelle angeschlossen ist und so direkt geheizt ist oder mit einer Heizwicklung indirekt geheizt ist. Der Brennstoff kann auf die Prüffläche aufgegossen, aufgetropft oder aufgesprüht werden. Die Verdunstung oder Verdampfung des Brennstoffes erfolgt dank der Wärmeenergiezufuhr zur Prüffläche. Dies erlaubt, die Prüffläche kontrolliert einen gewünschten Temperaturverlauf wiederholt durchlaufen zu lassen.
Beispiele eines Ablaufes eines Prüfverfahrens:
Mit einem in den Figuren dargestellten Brenner 11 wird eine Brennstoffprobe geprüft. Es sind jedoch auch andere Prüfungsvorrichtungen möglich und sinnvoll. Zur Prüfung des Brennstoffes wird der Brennstoff mit der Düse 15 in das Vergaserrohr 31 gesprüht. Im Vergaserrohr wird der Brennstoff dank vorhandener Restwärme oder der mit den Elektroden zugeführten Energie vergast und am Zündfunken entflammt. Mit den Zündelektroden wird das Plasma einem elektrischen Spannungsfeld von zweimal 7500 Volt Wechselspannung ausgesetzt. Dank dem niedrigen Schwefelgehalt, der Gegenwart der mit dem Gebläse eingeblasenen sauerstoffreichen Frischluft und dem elektrischen Spannungsfeld sind die Verbrennungsbedingungen derart, dass am Vergaserrohr 31 sehr rasch erodierte Stellen entstehen.
In der Versuchsphase werden Zyklen von 15 Minuten gewählt, um eine Reproduzierbarkeit der Versuchsreihe zu gewährleisten. Der Versuch wird mit dem Brenner gemäss Figuren 1 bis 4 ausgeführt. Es wird während etwa 15 Sekunden vorgezündet. Danach wird bei laufender Frischluftzufuhr das zu prüfende Heizöl eingespritzt. Es benetzt die innere Oberfläche des Vergaserrohrs. Sofort entzündet es sich am Zündfunken. Das entstehende Plasma wird während der gesamten Brenndauer dem elektrischen Spannungsfeld zwischen den Elektroden ausgesetzt. Während 5 Minuten wird die Flamme so aufrechterhalten und einer
Potenzialdifferenz zwischen der Prüffläche und der Elektrode ausgesetzt. Danach wird die Ölzufuhr abgestellt und nachgelüftet. Die Nachlüftzeit beträgt 10 Minuten. Dan beginnt der Zyklus von vorne.
Mit diesem Zyklus sind 20 Minuten Brenndauer innerhalb einer Stunde der Versuchszeit erosionswirksam. Nach spätestens 120 Stunden oder 5 Tagen Versuchszeit liegt ein zuverlässiges Prüfungsergebnis vor. Das Verdampferrohr 31 wird ausgebaut und überprüft. Das Ausmass der Erosion gibt Aufschluss über die erosive Wirkung des Heizöls der geprüften Charge in Heizungsanlagen. Das Verdampferrohr wird zum Beleg der Brennstoffqualität beschriftet und archiviert.
Es ist zu erwarten, dass mit kürzeren Zyklen von 3 Minuten Brenndauer und 6 Minuten Nachlüftzeit die Versuchszeit verkürzt werden kann. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Erosion in der kühleren Startphase stärker auftritt, solange der Brennstoff die Prüffläche noch flüssig erreicht. Durch geeignete Massnahmen zur Verkürzung der Nachlüftzeit kann die Versuchszeit zusätzlich verkürzt werden.
Eine bevorzugte Sequenz weist 2 Minuten Brenndauer auf, die von 3 Minuten Nachlüften gefolgt ist. Die Vorzündzeit übergreift die Nachlüftzeit und ist kurz, beispielsweise 2 Sekunden. Danach setzt die Brennstoff pumpe für 2 Minuten ein, während denen die geerdete Prüffläche besprüht wird. Während der gesamten Zeit der Ölzufuhr wird eine Spannung von ca. 15O00 Volt gegenüber der Erde auf die einzige Elektrode gegeben. Die Erosivität des Brennstoffes kann bei dieser Prüfungsanlage nach ca. 3 Tagen der Versuchsdauer beurteilt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Vermeidung von Erosionsschäden in Heizungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass flüssiger, schwefelarmer Brennstoff, insbesondere Dieselöl oder Heizöl, auf dessen potentielle erosive Wirkung beim Verbrennen in Heizungsanlagen geprüft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfung des Brennstoffs chargenweise erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Prüfung eine Prüffläche vorgesehen wird, nahe der Prüffläche der Brennstoff vernebelt, der Brennstoffnebel einem elektrischen Spannungsfeld ausgesetzt und bei aufrechterhaltenem Spannungsfeld entflammt wird.
4. Ver ahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das durch das Entflammen des Brennstoffs entstandene Plasma einem elektrischen Spannungsfeld ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche aus Metall besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall ein Alloy-Stahl ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche durch wenigstens eine Elektrode gebildet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine mehrfache Wiederholung einer Sequenz mit folgenden Verf hrensmerkmalen-.
- Vernebeln von flüssigem Brennstoff,
- den Brennstoffnebel einem elektrischen Spannungsfeld aussetzen,
- Zünden des Brennstoffes, um ein Plasma zu erreichen,
- das Plasma einem elektrischen Spannungsfeld aussetzen,
- Abstellen der Brennstoffzufuhr,
9. Verfahren nach Anspruch 8 in Verbindung mit Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche anschliessend an diese Sequenz gekühlt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Sequenz während mehr als 35 sec, vorteilhaft während der gesamten Zeit des Sprühens, das Plasma einem elektrischen Spannungsfeld ausgesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Potentialdifferenz in einem mittleren Abstand von weniger als 50 mm, vorteilhaft in einem Abstand von weniger als 15 mm, besonders bevorzugt in einem Abstand von 3 bis 7 mm von der metallenen Prüffläche (31) aufrechterhalten wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff einer Spannung von über zweimal 7500 V, vorzugsweise von über zweimal lO'OOO V, besonders bevorzugt von zweimal 15O00 Volt und mehr ausgesetzt wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche (31) mit dem Brennstoff benetzt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche vor oder zu Beginn des Prüfverfahrens mit einem Kohlenstofffilm versehen wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche zumindest partiell mit Metalloxid eines Nicht-Eisen-Metalls behandelt ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche bei jeder Sequenz einen Temperaturbereich von 350 bis 650 °C, bevorzugt einen Temperaturbereich von 370 bis 550 °C durchläuft.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in Verbindung mit Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sequenz maximal 15 Minuten dauert, vorteilhaft weniger als 10 Minuten, besonders bevorzugt weniger als 5 Minuten.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 in Verbindung mit Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche (31) auf eine Temperatur unter 250° abgekühlt wird, vorzugsweise unter 220°, besonders bevorzugt unter 200°.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche (31) während der Brenndauer gekühlt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff gekühlt wird auf unter 15°C, vorteilhaft auf maximal 10°C.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff ein Fliess erbesserer zugesetzt wird und der Brennstoff auf eine Temperatur unter 0°C, vorzugsweise unter minus 5°C, besonders bevorzugt auf etwa minus 10°C abgekühlt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff, insbesondere Heizöl, ein Antioxidans zugesetzt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstoff, ein Additiv zum Verhindern oder Abbauen von elektrostatischen Aufladungen (Static Dissipator Additive) zugesetzt wird, insbesondere das unter dem Namen "Stadis 450" bekannte Additiv.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die bei einer Verbrennung in einer Heizungsanlage potientell auftretende erosive Wirkung des mit einem Antioxidans und /oder einem Additiv zur Verhinderung oder zum Abbauen von elektrostatischen Aufladungen versehenen Brennstoffs mittels einem Ver ahren gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 20 überprüft wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Metalloxidgehalt des Brennstof es bestimmt wird, und dem Metalloxidgehalt entsprechend dem Brennstoff ein Antioxidans zugesetzt wird.
26. Vorrichtung zur Prüfung von flüssigem Brennstoff nach einem Verfahren gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere zur Prüfung von Heizöl auf dessen potentielle erosive Wirkung beim Verbrennen in einer Heizungsanlage, mit einem Brennstoffbehälter (45) für eine Brennstoffprobe, einer an den Brennstoffbehälter angeschlossenen Brennstoffpumpe (13), einer nach der Brennstoffpumpe (13) angeordneten Düse (15) zum Versprühen von Brennstoff, einem Spannungswandler (47), wenigstens einer mit dem Spannungswandler (47) verbunden Elektrode (25), einem Ventilator (23) für eine Frischluftzufuhr, einer Steuerung (51) zur Steuerung der Brennstoffpumpe (13), des Spannungswandlers (47) und des Ventilators (23), und einer ersetzbaren, Prüffläche (31), dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (50) zum Überwachen der Temperatur der Prüffläche (31) vorhanden ist.
27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (47) eine Spannung von über zweimal 7' 500 V, vorteilhaft über zweimal lO'OOO V, besonders bevorzugt von über zweimal 15O00 Volt generiert.
28. Vorrichtung nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungswandler (47) derart ausgelegt ist, dass er das Spannungspotential über einen Zeitraum von mehr als 35 sec, vorzugsweise mehr als eine Minute, besonders bevorzugt praktisch unbegrenzt aufrecht erhalten kann.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (25) in einem Abstand von weniger als 50 mm, vorteilhaft in einem Abstand von weniger als 15 mm von einer metallenen Prüf fläche (31) angeordnet ist.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode die Prüffläche bildet.
31. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperaturfühler (49) vorgesehen ist, mit dem die Temperatur des einzuspritzenden Brennstoffes überwacht werden kann.
32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass eine Düse (15,16) und die Prüffläche (31) so angeordnet sind und die Düse (15,16) eine solche Charakteristik aufweist, dass gewährleistet ist, dass das Heizöl gegen die Prüffläche (31) spritzt.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Düse (15) für die Brennstoffzufuhr zur Flammenbasis und eine zweite Düse (16) zur Brennstoff zufuhr in das Spannungsfeld vorhanden ist.
34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüffläche (31) aus Metall gefertigt ist, vorteilhaft aus einem Edelstahl, z.B. Alloy 601, DIN 2.4851, der gewährleistet, dass keine Hochtemperaturkorrosion auftritt.
35. Verwendung einer Vorrichtung mit einem Brennstoffbehälter (45) für eine Brennstoffprobe, einer an den Brennstoffbehälter angeschlossenen Brennstoffpumpe (13), einer nach der Brennstoffpumpe (13) angeordneten Düse (15) zu Versprühen von Brennstoff, einem. Spannungswandler (47), wenigstens einer mit dem Spannungswandler (47) verbunden Elektrode (25), einem Ventilator (23) für eine Frischluftzufuhr, einer Steuerung (51) zur Steuerung der Brennstoffpumpe (13), des Spannungswandlers (47) und des Ventilators (23), und einer ersetzbaren, Prüffläche (31) zur Prüfung von Heizöl auf dessen potentielle erosive Wirkung bei der Verbrennung des Heizöls in einer Heizungsanlage.
36. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zur Prüfung eines Verfahrens zur Prüfung von Heizöl auf dessen potentielle erosive Wirkung bei der Verbrennung in einer Heizungsanlage.
37. Verwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 25 zur Prüfung einer Vorrichtung zur Prüfung von Heizöl auf dessen potentielle erosive Wirkung bei der Verbrennung in einer Heizungsanlage.
38. Flüssiger schwefelarmer Brennstoff, insbesondere Heizöl, gekennzeichnet durch ein zugesetztes Antioxidans.
39. Flüssiger schwefelarmer Bremistoff insbesondere nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass ein Additiv zum Verhindern oder Abbauen von elektrostatischen Aufladungen (Static Dissipator Additive) zugesetzt ist, insbesondere das unter dem Namen "Stadis 450" bekannte Additiv.
40. Blaubrenner mit einer Öldüse und einer Zündung, gekennzeichnet durch eine Glühzündung, insbesondere Niedervoltglühzündung.
41. Blaubrenner nach Anspruch 40, gekennzeichnet durch eine Frischluftzufuhr, insbesondere mit drallerzeugenden Mitteln.
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